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2002年  第19卷  第2期

复合材料固化过程的智能化监控及其智能生产系统
黄龙男, 王正平, 张德庆, 张宝友, 李辰砂, 刘志强, 李晓峰, 夏伟光
2002, 19(2): 1-12.
摘要:
复合材料由于其优良的性能而拥有广泛的应用领域,但其成型工艺复杂,成本高使其应用受到限制。针对成型过程开发智能化技术是提高生产效率和产品质量的有效手段,其中包括建立数学模型,以专家系统、神经网络或分步预测优化的模型系统为中心的在线监控系统。本文作者针对这些智能化工艺技术进行了总结分类和比较,对智能成型工艺系统进行了阐述,包括其功能、结构和辅助部件。分析了关于复合材料智能化生产技术的发展方向和社会效益。
RTM加工工艺充模过程的计算机模拟
江顺亮
2002, 19(2): 13-17.
摘要:
RTM加工工艺是一种先进复合材料加工的方法。但这种加工工艺技术含量高,设计不当非常容易出次品,尤其注射口和溢料口的设计。因此相当多的科技工作者对RTM加工工艺进行了计算机模拟研究,并已得到很大的发展,其计算方法和实验手段已获得广泛认可。由于有限元控制体积法不需要对变界面进行网格的重新划分而获得广泛采用。但是在众多的文献中,绝大多数使用的是三角形有限元网格,对于更加有效的四边形有限元网格没有提及或仅仅一笔带过。本文作者比较详细地阐述三角形和四边形有限元控制体积法的使用和实施,通过例子分析了三角形单元、四边形单元及其混合使用的情况下的计算结果。分析表明,四边形单元计算精度高、速度快,与三角形混合使用情况良好。
RTM工艺树脂流动过程数值模拟
李海晨, 王彪, 周振功
2002, 19(2): 18-23.
摘要:
RTM工艺过程数值模拟对模具设计、工艺过程控制及参数优化非常重要。本文作者介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程,阐述了RTM工艺过程数值模拟存在的主要问题,采用贴体坐标/有限差分法和网格分区划分法模拟了模具内有插入物情形下的RTM工艺树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线、计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。结果表明:贴体坐标/有限差分法和网格分区划分法适合解决复杂边界及可移动边界问题。
碳纤维复合材料发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究
陈平, 蹇锡高, 陈辉, 高巨龙, 韩冰, 朱兴松
2002, 19(2): 24-27.
摘要:
在综合考虑粘度-力学性能-耐热性能的基础上,开发了一种适用于碳纤维复合材料固体火箭发动机壳体湿法缠绕成型的韧性环氧树脂基体。用DSC,FT-IR等分析手段对该树脂基体的固化反应动力学参数、树脂基体固化物性能和复合材料性能进行了系统研究。结果表明,该树脂基体粘度小、适用期长、韧性高,与碳纤维界面粘接好,所制得的复合材料壳体纤维强度转化率高。
LTM树脂及其复合材料的初步研究
汪少敏, 过梅丽, 殷立新, 周纯
2002, 19(2): 28-32.
摘要:
报告一种研制的低温固化高温使用树脂体系Xufyg-44。用它成型复合材料层压制件时,固化温度低于70 ℃,最终固化产物的玻璃化转变温度高于200 ℃,浇注体力学性能以及复合材料制件在整个固化周期中的尺寸稳定性良好。
高能球磨对Al-Ti-C粉料混合物粒度和组织的影响
马乃恒, 方小汉, 梁工英, 苏俊义
2002, 19(2): 33-36.
摘要:
随着高能球磨时间的增加,Al,Ti和C粉料混合物颗粒的尺寸不断细化,各元素的分布也愈均匀,并且粉料相互团聚成团聚体。颗粒内的晶粒也不断细化,晶粒畸变,晶体内部缺陷增多;球磨一定时间后,形成纳米晶,甚至产生非晶组织。这些因素都有助于扩散,从而促进后续合成反应的完成。
一种具有密度梯度的飞片材料的制备
沈强, 王传彬, 张联盟, 平井敏雄
2002, 19(2): 37-40.
摘要:
本文作者使用Fe-Al烧结助剂,在1473 K的热压烧结条件下成功制备出了整体致密、密度沿厚度方向呈特定分布的W-Mo-Ti体系密度梯度飞片材料。研究表明,低熔点Al的添加,使部分烧结助剂Fe以液态形式存在,提高了Fe的活化烧结能力。W-Mo,Mo-Ti合金的烧结均为液相烧结过程,W-Mo合金主要通过形成少量粘结相和液相来粘结W,Mo晶粒,而Mo-Ti合金则通过形成部分Mo-Ti固溶体来实现致密化。
WC/钢基复合材料奥氏体化后的硬化效应及微观机理
杨瑞成, 师瑞霞, 王晖, 王军民
2002, 19(2): 41-44.
摘要:
研究了碳化钨(WC)增强钢基复合材料经980℃~1240℃范围高温奥氏体化后的淬火硬化效应,发现此材料具有显著的淬火硬化效果(68HRC)及良好的抗回火稳定性。研究了材料组织中大块硬质相,WC聚集区及基体显微硬度(HV0.05)的变化以及与宏观洛氏硬度之间的关系。最后,从材料科学及合金电子论角度得出了复合材料的超高硬度是来自W,Mo等含碳结构单元构成的强大马氏体基体及大体积比例分布的硬质相的贡献。
TiAl-B合金片状TiB2晶体表面结构及生长机理
张虎, 高文理, 张二林, 曾松岩
2002, 19(2): 45-48.
摘要:
用原位自生法制备了Ti-54Al-xB (at%)合金并利用XRD,SEM对合金的相组成和微观组织进行了研究。结果表明:片状TiB2基面存在与[0001]晶向平行的细棒状分枝,表面存在与[0001]晶向垂直的薄片凸耳状分枝,它们的晶体学取向与母体的取向一致。片状TiB2厚度一般小于0.3μm,表面上的凸耳状分枝厚度一般小于0.1 μm。分析表明,在不平衡凝固条件下,片状TiB2固-液界面前沿产生的富Al边界层和随着片状TiB2晶体的长大导致固-液界面上B原子过饱和度不均匀性增加的共同作用使固-液界面失稳,从而形成了片状TiB2的这种表面结构。
碳纤维水泥基材料的机敏特性研究
姚武, 陈兵, 吴科如
2002, 19(2): 49-53.
摘要:
水泥基材料是一种高电阻率的惰性材料,通过掺入一定体积含量(0.2 vol%~1.2 vol%)的短切碳纤维,可显著提高其电导率。本文作者研究了碳纤维水泥基材料表观电导特性与其内部微观结构的关系,探讨了电阻率的变化与材料所受外部荷载的关联性。结果表明碳纤维水泥基材料具有实时诊断内部损伤的机敏性:当水泥基材料内部裂纹产生或扩展时,表现为材料电阻率上升;而当水泥基材料内部裂纹闭合时,其电阻率下降。碳纤维水泥基材料的电阻变化与所受荷载呈良好的线形关系;而不含碳纤维的普通水泥基材料在整个受荷过程中,其电导特性则无明显变化。碳纤维水泥基材料电导特性的变化反映了水泥基材料内部损伤状况丰富的信息,根据这一特性可以及时预报水泥基材料内部潜在的损伤状况,有效地防止灾难性的破坏。
CMS/TiO2杂化材料电流变液的制备及其性能
赵晓鹏, 段旭
2002, 19(2): 54-58.
摘要:
利用特殊的溶胶凝胶方法原位制备了改性淀粉与无机钛氧化物杂化型电流变材料。实验表明,在强电场下其电流变效应比相同组份的淀粉、二氧化钛混合型电流变液有显著提高,直流电场4 kV/mm,剪切速率5 s-1时,静态剪切屈服强度可达4000 Pa以上。同时,抗沉降性明显改善,静置100 h几乎不沉淀。此外,温度效应也获得一定的优化,在10 ℃~90 ℃的工作温度范围内力学性能保持良好,70 ℃时剪切强度达到最大值。
明胶-铁氧化物纳米复合微粒的制备和性能
张朝平, 胡林, 罗玉萍, 邓伟, 高翔, 仇毅翔, 申德君
2002, 19(2): 59-64.
摘要:
用微乳液法制备了明胶包裹的复合氧化铁纳米量级超细微粒。XRD,TEM,SEM和IR测试表明:微粒为明胶包裹球形超细微粒。微球的粒径为1.5 μm~3 μm,而微粒的粒径为20 nm。每个复合微球中约有35个~90个氧化铁粒子。该复合微粒的比饱和磁化强度σs=62Am2/kg,矫顽力Hc=187 Oe,剩磁r=10.18Am2/kg,具有硬磁体的性质。将其用于制备磁流变液,在低的磁场强度下有较大的MR效应,沉降稳定性优于用羰基铁粉制成的磁流变液。
纳米Si/C/N复相粉体的微波吸收特性
赵东林, 周万城
2002, 19(2): 65-70.
摘要:
采用双反应室激光气相合成纳米粉体装置,以六甲基二硅胺烷((Me3Si)2NH)(Me:CH3)为原料合成了纳米Si/C/N复相粉体,粒径为20 nm~30 nm。研究了纳米Si/C/N复相粉体在8.2 GHz~18 GHz的微波吸收特性,结果表明:纳米Si/C/N复相粉体介电常数的实部(ε')和虚部(ε)在8.2 GHz~18 GHz随频率增大而减小,介电损耗(tgδ=ε ')较高,是较为理想的微波吸收材料;纳米Si/C/N复相粉体在不同基体中的微波吸收特性出现很大差异。纳米Si/C/N复相粉体中的SiC微晶固溶了大量的N原子,形成大量带电缺陷,极化弛豫是吸收微波的主要原因。根据纳米Si/C/N复相粉体与石蜡复合体的实测介电参数,设计出多组在8 GHz~18 GHz范围内微波反射系数R≤-8dB的吸波涂层结构。
三维编织中纱线的运动规律分析
陈利, 李嘉禄, 李学明
2002, 19(2): 71-74.
摘要:
三维编织通过携纱器的间歇运动,使编织纱线彼此相互交织。编织纱线趋向于沿携纱器运动的方向运动。本文作者采用最小二乘法拟合携纱器的运动趋势线,系统地分析了编织过程中纱线的空间运动规律。在此基础上,获得的预制件结构单胞模型包含内部单胞和表面单胞。单胞的取向平行于预制件的表面,有利于材料的力学性能分析。
玻璃/环氧圆柱管能量吸收细观机理
宋宏伟, 万志敏, 杜星文
2002, 19(2): 75-79.
摘要:
研究了玻璃纤维增强环氧圆柱管轴向撞击和准静态压缩下的能量吸收特性。总结了稳态压缩的三种宏观破坏模式,即层束弯曲、局部屈曲和横向剪切。从细观角度出发,详细研究了不同宏观破坏模式的复合材料圆柱管的能量耗散机理,并比较了吸能能力。随着铺设角度增大,能量吸收机理由基体控制向纤维与基体共同控制转化,因此能量吸收逐渐增大。本文还比较了撞击和准静态下能量吸收的特点。
含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究
白瑞祥, 陈浩然
2002, 19(2): 80-84.
摘要:
本文作者基于"zig-zag"模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton-Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。
形状记忆合金纤维混杂单层的阻尼预测
梁清香, 任勇生
2002, 19(2): 85-88.
摘要:
本文作者采用细观力学阻尼理论,分析SMA纤维和普通纤维混杂的单向单层材料的阻尼性能,给出材料在6个方向上的阻尼性能计算公式,通过数值算例讨论NiTi的阻尼混杂效应。
SMA长纤维增强弹塑性基体复合材料的力学性能
朱袆国, 吕和祥, 杨大智
2002, 19(2): 89-93.
摘要:
本文从作者建立的SMA本构模型出发,推导出增量型的SMA本构关系;借助于细观力学的方法,推导出了新的长纤维SMA复合材料的增量型细观本构模型;应用此模型分析了该复合材料的力学性能,得出了一些定量的结论,尤其是计算了复合材料中各相的残余应力的变化,这对智能复合材料的设计提供了很大帮助。
形状记忆合金复合材料系统非线性动力学研究
王跃方, 谷滨, Liew Kim Meow, 杨大智
2002, 19(2): 94-98.
摘要:
研究了形状记忆合金复合材料系统的非线性动力学特性。基于Brinson的形状记忆合金本构关系和Dejonghe的内耗模型,提出了单自由度简化系统的模型建立方法。考虑材料系统刚度和阻尼的变化,在弱非线性和较强非线性两种情况下给出近似-解析解法。算例表明:形状记忆合金可以作为良好的耗能材料,用于结构的被动控制。
碳密封涂覆光纤在编织复合材料中的应用
黄睿, 袁慎芳, 蒋云, 陶宝祺
2002, 19(2): 99-102.
摘要:
碳密封涂覆光纤由于具有良好的强度性能和抗疲劳能力,已应用于海底光缆、军用制导光纤以及苛刻环境下的光纤传感系统中。本文作者研究了碳密封涂覆光纤在三维碳/环氧编织复合材料中的应用。将该光纤成功地编入编织复合材料试件并成型。对该光纤在编织前、后以及成型后的光学性能进行了测试。设计了使用碳密封涂覆光纤的偏振式光纤传感器,并用其对试件处于弯曲受力状态的情况进行了测试。
周期载荷下聚酯/橡胶复合材料和人造丝/橡胶复合材料的热生成对疲劳行为的影响
刘宇艳, 万志敏, 杜星文
2002, 19(2): 103-107.
摘要:
以单向帘线增强橡胶复合材料为研究对象,研究了周期载荷作用下橡胶复合材料的热生成对疲劳行为的影响。橡胶复合材料在疲劳过程中伴随较多的热生成,SEM观察表明:热生成温度与断裂表面密切联系。橡胶复合材料的滞后损失并不是全部转换为热,而是其中一部分被内能变化所消耗,不转换为有效热生成的滞后损失与疲劳损伤导致的结构变化有关。在疲劳试验中,直到疲劳破坏所消耗的平均有效能耗与疲劳寿命之间存在定量关系。
防热材料高温烧蚀-相变特性的细观研究
梁军, 易法军
2002, 19(2): 108-112.
摘要:
通过高温环境下防热材料体积烧蚀机理的分析,利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了材料烧蚀-相变特性和热力学性能变化规律。假设材料热化学反应后热解生成相介质统计均匀分布,考虑了热解反应产生的气孔与固体相介质之间的相互作用,预报了不同基体材料弹性模量随温度、加温速率之间的变化关系,并与实验结果对照,吻合较好。